【正文】 主軸箱、立柱、搖臂松開(kāi)接觸器 KM4 6 主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器 KM5 7 主軸箱松開(kāi)、夾緊電磁鐵 YA1 8 立柱松開(kāi)、夾緊電磁鐵 YA2 9 電源指示 HL1 10 立柱松開(kāi)指示 HL2 11 立柱夾 緊指示 HL3 12 主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)指示 HL4 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 23 23 PLC 控制系統(tǒng)分析 先將自動(dòng)開(kāi)關(guān) QF2～ QF5 接通，在將電源總開(kāi)關(guān) QF1 扳倒“接通”位置，引入三相電源。而且并不通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或其他方式做遠(yuǎn)程控制。 2． 選配 PLC 的型號(hào) S7300 的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。在中國(guó)的市場(chǎng)上最具競(jìng)爭(zhēng)力的有德國(guó)西門(mén)子公司、日本三菱系列、歐姆龍公司、 AB 公司所推出的 PLC 均為從小到大全系列的產(chǎn)品，可滿(mǎn)足各種各樣的需求。但是由于其對(duì) I/O 的變化每個(gè)周期只輸出刷新一次，并且只對(duì)有變化的進(jìn)行刷新，這對(duì)一般的開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是完全允許的，不但不會(huì)造成影響，還會(huì)提高抗干擾能力。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和 I/O刷 新外， PLC 還要進(jìn)行各種錯(cuò)誤檢測(cè)（自診斷功能）并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱(chēng)為 監(jiān)視服務(wù) ，一般在程序執(zhí)行之后進(jìn)行。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。 1．輸入刷新階段 在輸入刷新階段， CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫(xiě)入輸入狀態(tài)寄存器。 PLC 則是采 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 20 20 用循環(huán)掃描的工作方式。位置控制是指 PLC 使用的位置控制模塊來(lái)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)械構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)控制，如控制構(gòu)件的速度、位移、運(yùn)動(dòng)方向等。 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集處理。 本設(shè)計(jì)中 PLC 實(shí)現(xiàn)的功能： 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。 安裝 簡(jiǎn)單，維修方便 PLC 不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需求，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 （ 7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性進(jìn)一步提高。 （ 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 鉆削加工時(shí)，需要對(duì)刀具和工件進(jìn)行冷卻，為此需冷卻泵電動(dòng)機(jī)輸送冷卻液。 為加工螺紋，主軸要求有正、反轉(zhuǎn)，一般由機(jī)械方法獲得，為此主軸電動(dòng)機(jī)只需單方向旋轉(zhuǎn)。 搖臂鉆床為適應(yīng)各種形式加工，要求主軸及進(jìn)給有較大的調(diào)速范圍。 HL4 為主軸電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)指示燈，由 KM1 常開(kāi)觸頭控制。 由于立柱和主軸箱的松開(kāi)與夾緊是短時(shí)間的調(diào)整工作，故采用點(diǎn)動(dòng)控制方式。 當(dāng)把轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) SA3 拌到左側(cè)時(shí)，觸點(diǎn)（ 5763）接通，（ 5759）斷開(kāi)。經(jīng) 13 秒延時(shí)后， KT3 的延時(shí)閉合常開(kāi)觸點(diǎn)（ 741）閉合，接觸器 KM4 線圈經(jīng)（ 13574143373962）線圈斷電，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 正轉(zhuǎn)，壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入主軸箱右缸，推動(dòng)活塞使主軸箱放松。 SA2 有 3 個(gè)位置：中間位（零位）時(shí)，立柱和主軸箱的松開(kāi)或夾緊同時(shí)進(jìn)行；左邊位為立柱的夾緊或放松；右邊位為主軸箱的夾緊或放 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 17 松。如果液壓夾緊系統(tǒng)出現(xiàn)故障而不能自動(dòng)夾緊搖臂，或者由于 ST3 調(diào)整不當(dāng)，在搖臂夾緊后不能使 ST3（ 747）的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，都會(huì)使液壓泵電動(dòng)機(jī)處于長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行狀態(tài)，這是不允許的。但 ST1 的另一觸點(diǎn) ST12（ 2717）仍處于閉合 狀態(tài)，保證搖臂能夠下降。KT1 的延時(shí)時(shí)間應(yīng)視搖臂在 M2 斷電至停轉(zhuǎn)前的慣性大小調(diào)整，應(yīng)保證搖臂上升（或下降）后才進(jìn)行夾緊，一般調(diào)整在 1～ 3 秒。 搖臂上升的動(dòng)作過(guò)程如下： ? ? ? ?。 當(dāng)搖臂上升到所需位置時(shí)，松開(kāi)按鈕 SB3，接觸器 KM2 和時(shí)間繼電器 KT1 同時(shí)斷電釋放，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2 停轉(zhuǎn)，搖臂停止上升。 按上升按鈕 SB3，時(shí)間繼電器 KT1 得電吸合，瞬時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)（ 3335）閉合， 接觸器 KM4 得電吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 接通電源正向旋轉(zhuǎn)，供給壓力油。指示燈電源為 6V。 M2 為短時(shí)工作，不設(shè)長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)。 Z3040 搖臂鉆床控制線路主電路設(shè)計(jì) 為單方向旋轉(zhuǎn)，由接觸器 KM1 控制，主軸的正反轉(zhuǎn)則由機(jī)床液壓系統(tǒng)操縱機(jī)構(gòu)配合正反轉(zhuǎn)摩擦離合器實(shí)現(xiàn)，并由熱繼電器 FR1 作電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)。 QF QF QF5 分別為機(jī)床控制電路、機(jī)床工作信號(hào)指示電路和機(jī)床工作照明電路和過(guò)載及短路保護(hù)開(kāi)關(guān)。 Z3040 搖臂鉆床共有四大電動(dòng)機(jī)：主電動(dòng)機(jī) M1，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 和冷卻泵電動(dòng)機(jī) M4。 主軸變速與進(jìn)給變速：將主軸手柄扳至“變速”位置，于是改變兩個(gè)操縱閥的相互位置，使齒輪泵送出的壓力油進(jìn)入主軸轉(zhuǎn)速預(yù)選閥和主軸進(jìn)給量預(yù)選閥，然后進(jìn)入各變速油缸。 在主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)過(guò)程中，可轉(zhuǎn)動(dòng)變速按鈕，改變主軸轉(zhuǎn)速或主軸進(jìn)給量。操作手柄有五個(gè)空間位置：上、下、里、外和中間位置，其中上為“空擋”，下為“變速”，外為“正轉(zhuǎn)”，里為“反轉(zhuǎn)”，中間位置為“停車(chē)”。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 12 12 第三章 搖臂鉆床控制線路設(shè)計(jì) Z3040 搖臂鉆床主要有兩種主要運(yùn)動(dòng)和其他輔助運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)是指主軸帶動(dòng)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指鉆頭的垂直運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)是指主軸箱沿?fù)u臂水平運(yùn)動(dòng)，搖臂沿外立柱上下移動(dòng)以及搖臂和外立柱一起相對(duì)于內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2． 選配 PLC 的型號(hào) S7300 的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。在中國(guó)的市場(chǎng)上最具競(jìng)爭(zhēng)力的有德國(guó)西門(mén)子公司、日本三菱系列、歐姆龍公司、 AB 公司所推出的 PLC 均為從小到大全系列的產(chǎn)品，可滿(mǎn)足各種各樣的需求。 Z3040 搖臂鉆床主要有兩種主要運(yùn)動(dòng)和其他輔助運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)是指主軸帶動(dòng)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指鉆頭的垂直運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)是指主軸箱沿?fù)u臂水平運(yùn)動(dòng)，搖臂沿外立柱上下移動(dòng)以及搖臂和外立柱一起相對(duì)于內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 PLC 基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。 可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱(chēng) PLC）從其生產(chǎn)到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到 數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)異動(dòng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，搖臂的升降由一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，搖臂、立柱和主軸箱的夾緊 /放松由一臺(tái)液壓泵電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動(dòng)通常采用手動(dòng)。當(dāng)進(jìn)行加工時(shí)，由特殊的夾緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導(dǎo)軌上，外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進(jìn)行鉆削加工。 內(nèi)立柱固定在底座的一端，外面套有外立柱，外立柱可繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn) 360176。 由于以上特點(diǎn)使 PLC 技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控鉆床成為可能 。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理與控制。數(shù)控機(jī)床的時(shí)間利用率高達(dá) 90%，而普通機(jī)床僅為 30%～50% 。還有自動(dòng)換速、自動(dòng)換刀和其他輔助操作自動(dòng)化等功能，使輔助時(shí)間大為縮短，而且無(wú)需工序間的檢驗(yàn)與測(cè)量，所以，比普通機(jī)床的生產(chǎn)率高 3～ 4 倍甚至更高。 (2）加工精度高、 加工質(zhì)量穩(wěn)定 對(duì)于同一批零件，由于使用同一機(jī)床 、 刀具及同一加工程序，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡完全相同，且數(shù)控機(jī)床是根據(jù)數(shù)控程序自動(dòng)進(jìn)行加工，可以避免人為的誤差，這就保證了零件 加工的一致性好且質(zhì)量穩(wěn)定。 ，數(shù)控機(jī)床具有以下 特點(diǎn) (1）可以加工具有復(fù)雜型面的工件 具有良好的加工柔性，加工零件的 適應(yīng)性強(qiáng) 、靈活性好。 (2）數(shù)控機(jī)床一般具有 CRT 顯示功能，自動(dòng)報(bào)警顯示等輔助功能。它一般以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能夠完成邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能，既能控制開(kāi)關(guān)量，也能控制模擬量。 2020年內(nèi)地約消耗了 1 萬(wàn)臺(tái)，但是大陸所有企業(yè)加起來(lái)共失產(chǎn) 2020 臺(tái)左右，而只有八九個(gè)生產(chǎn)加工中心工廠的臺(tái)灣省竟向內(nèi)地銷(xiāo)售了 3300 臺(tái)。為了滿(mǎn)足制造業(yè)的需求，國(guó)家每年花費(fèi) 10 多億美元引進(jìn)數(shù)控機(jī)床。國(guó)外臥式加工中心都裝有機(jī)床精度及溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，加工精度比較穩(wěn)定，而國(guó)內(nèi)尚在研發(fā)中 。具有高精度、高速、高效、復(fù)合功能、多軸聯(lián)動(dòng)等特點(diǎn)的高性能實(shí)用數(shù)控機(jī)床基本上還得依賴(lài)進(jìn)口。如不齊備，則數(shù)控機(jī)床難以順利發(fā)展。但價(jià)格較昂貴，需要正確分析其使用的經(jīng)濟(jì)合理性 。加工中心最主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。如西門(mén)子公司之?dāng)?shù)控系統(tǒng)和 heidenhain 公司之精密光柵 ,均為世界馳名 ,競(jìng)相采用。企業(yè)與大學(xué)科研部門(mén)緊密合作 ,對(duì)用戶(hù) 產(chǎn)品、加工工藝、機(jī)床布局結(jié)構(gòu)、數(shù)控機(jī)床的共性和特征問(wèn)題進(jìn)行深入的研究 ,在質(zhì)量上千錘百煉。 德國(guó)政府一貫器重機(jī)床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位 ,在多方面大力扶植。由於美國(guó)起首聯(lián)合汽車(chē)、軸承生產(chǎn)需求 ,充分發(fā)展了 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 5 大批大批生產(chǎn)主動(dòng)化所需的主動(dòng)線 ,而且電子、盤(pán)算機(jī)技巧在世界上領(lǐng)先 ,因此其數(shù)控機(jī)床的主機(jī)設(shè)計(jì)、制作及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實(shí) ,且一貫器重科研和創(chuàng)新 ,故其高性能數(shù)控機(jī)床技巧在世界也一直領(lǐng)先。美、德、日三國(guó)事當(dāng)今世上在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計(jì)、制作和應(yīng)用上 ,技巧最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國(guó)家。 數(shù)控加工中心是一種具有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，它能實(shí)現(xiàn)一次裝夾并進(jìn)行多工序加工。生產(chǎn)企業(yè)廣泛采用自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床和以專(zhuān)用機(jī)床為主的自動(dòng)生產(chǎn)線，形成了大批量生產(chǎn)方式。然后以搖臂鉆床Z3040 為例，描述了它的設(shè)計(jì)過(guò)程， 包括控制系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)，控制原理設(shè)計(jì)，主電路設(shè)計(jì)，主控制電路設(shè)計(jì)， Z3040 搖臂鉆床原理圖，用 PLC 編寫(xiě)程序?qū)C(jī)床進(jìn)行控制。并且對(duì)數(shù)控機(jī)床中的 PLC 作了詳細(xì)的介紹，把 PLC 在控機(jī)床上的控制做了設(shè)計(jì)。 研究現(xiàn)狀與研究意義 美國(guó)帕森斯公司和麻省理工學(xué)院（ MIT）合作，于 1952 年研制成功第一臺(tái)三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床。 數(shù)控機(jī)床是電子信息技術(shù)和傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它集現(xiàn)代精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)、通訊、液壓氣動(dòng)、光電等多學(xué)科技術(shù)為一體，具有高效率、高精度、高自動(dòng)化和高柔性的特點(diǎn)，是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備。 國(guó)外研究現(xiàn)狀及分析 數(shù)控機(jī)床涌現(xiàn)至今的 50 年 ,隨科技、特別是微電子、盤(pán)算機(jī)技巧的前進(jìn)而不斷發(fā)展。因而在機(jī)床技巧上不斷創(chuàng)新 ,如1952 年研制降生界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床、 1958 年創(chuàng)制出加工中心、 70 年代初研制成 fms、1987 年開(kāi)創(chuàng)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)等。從 90 年代起 ,糾正過(guò)去傾向 ,數(shù)控機(jī)床技巧上轉(zhuǎn)向?qū)嵱?,產(chǎn)量又逐漸上升。德國(guó)特別重視科學(xué)實(shí)驗(yàn) ,理論與實(shí)際相聯(lián)合 ,基礎(chǔ)科研與利用技巧科研并重。德國(guó)特別器重?cái)?shù)控機(jī)床主機(jī)及配套件之先進(jìn)實(shí)用 ,其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測(cè)量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功效部件 , 在質(zhì)量、性能上居世界前列。當(dāng)然，普通機(jī)床發(fā)展到數(shù)控機(jī)床不只是加裝系統(tǒng)這么簡(jiǎn)單，例如 :從銑床發(fā)展到加工中心，機(jī)床結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最主要的是加了刀庫(kù)，還大幅度提高了精度。對(duì)于加工對(duì)象具有 “ 易變、多變、善變 ” 的特點(diǎn)，換批調(diào)整方便，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜件多品種中小批柔性生產(chǎn)，適應(yīng)社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化的需求。 數(shù)控機(jī)床是機(jī)、電、液、氣、光多學(xué)科各種高科技的綜合性組合，特別是以電子、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)為基石，必須具有鞏固的技術(shù)基礎(chǔ)，互相配套，缺一不可。行業(yè)現(xiàn)有的信息化技術(shù)來(lái)源主要依靠引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，且外方在許多高新產(chǎn)品的核心技術(shù)上具有掌控地位，我們對(duì)國(guó)外技術(shù)的依存度較高，對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化仍停留在掌握已有技術(shù)和提高國(guó)產(chǎn)化率上，沒(méi)有上升到形成產(chǎn)品自主開(kāi)發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的高度。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大型高性能超精機(jī)床每年生產(chǎn)不足千臺(tái)，僅占國(guó)產(chǎn)機(jī)床總量和總價(jià)值的 1． 5%2． 5%,不到德國(guó)或日本的 1/20。其中，進(jìn)口份額占 63％，數(shù)控機(jī)床進(jìn)口額 34 億美元，占全部進(jìn)口金屬切削機(jī)床的 78． 6%。而且，使用進(jìn)口的裝置組裝起來(lái)的機(jī)床，可靠性和質(zhì)量也會(huì)受到影響。而 PLC 是一類(lèi)以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動(dòng)控制裝置。